（园林植物与观赏园艺专业论文）桂花对低温胁迫适应性的研究.pdf

、j ： - ， ，4，卢 、 o 1 1 厶 一 英文缩略词 一 i 一 国 产 -1 l 扣 中文摘要” a b s t r a c t 1 引言 目录 0 0 0 6 0 0 0 1 3 5 1 1 桂花研究现状5 1 1 1 桂花的地理分布5 1 1 2 桂花的生长习性和繁殖栽培研究5 1 1 3 桂花的品种分类研究”6 1 1 4 桂花的应用现状研究一7 1 2 植物抗寒生理研究现状，一8 1 2 1 低温对植物伤害的机理”8 1 2 2 植物根据抗寒性的分类9 1 2 3 植物抗寒性研究方法 1 0 l 。2 4 桂花抗寒性研究概况一1 9 1 3 本研究目的和意义2 0 2 材料与方法2 2 2 1 试验地概况2 2 2 2 试验材料2 2 2 3 研究方法2 3 2 3 1 材料处理2 3 2 3 2 测定指标“2 3 2 3 3 统计分析2 9 3 结果与分析 3 1 电导率分析3 0 3 1 1 人工低温处理电导率变化3 0 3 1 2 自然低温下电导率变化3 2 3 2s o d 活性分析3 4 3 2 1 人工低温处理s o d 活性变化”3 4 3 2 2 自然低温下s o d 活性变化3 6 3 3p o d 活性分析3 7 3 3 1 人工低温处理p o d 活性变化3 7 3 3 2 自然低温下p o d 活性变化”3 9 3 4 可溶性蛋白含量分析一4 1 3 4 1 人工低温处理可溶性蛋白含量变化4 l 3 4 2 自然低温下可溶性蛋白含量变化4 3 3 5 可溶性糖含量分析“4 4 3 5 1 人工低温处理可溶性糖含量变化4 4 3 5 2 自然低温下可溶性糖含量变化4 6 3 6 脯氨酸含量分析4 8 3 6 1 人工低温处理脯氨酸含量变化4 8 3 6 2 自然低温下脯氨酸含量变化，5 0 3 7 丙二醛含量分析。5 1 3 7 1 人工低温处理丙二醛含量变化5 l 3 7 2 自然低温下丙二醛含量变化5 3 3 8 自然低温下相对含水量变化5 4 3 9 不同桂花品种抗寒性的综合评价5 5 3 9 1 低温胁迫处理下桂花品种综合生理指标隶属函数值的计算5 6 3 9 2 低温胁迫处理下桂花品种生理指标的主成分分析5 7 3 9 3 不同桂花品种间的聚类分析5 9 3 9 4 不同抗寒性指标间的相关分析和r 型聚类5 9 4 讨论”“”6 2 4 1 桂花抗寒性和膜系统的关系6 2 4 1 1 电导率与抗寒性- 6 2 4 1 2 丙二醛与抗寒性6 2 4 2 桂花抗寒性和保护酶系统的关系6 3 4 3 桂花抗寒性和渗透调节物质的关系6 3 4 4 桂花抗寒性和相对含水量的关系6 4 4 5 不同桂花品种抗寒性的综合评价6 4 4 6 抗寒性和品种群的关系”6 4 5 结论 参考文献m 致谢 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录m 7 3 山东农业大学硕士学位论文 桂花对低温胁迫适应性的研究 中文摘要 桂花是中国十大传统名花之一，是重要的园林绿化树种，也是传统的 芳香植物，但在北方地区，由于低温的限制，桂花的露地栽培存在一定困 难，目前难以大面积推广应用。因此，开展桂花的抗寒性研究，对桂花的 进一步引种和栽培具有重要意义。 本研究从生理的角度对桂花进行抗寒性分析，采用人工低温处理和自 然低温相结合的方式，测定了桂花在低温下的一些生理生化指标，包括相 对电导率、s o d 、p o d 、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛和相对 含水量，并进行不同品种间的抗寒性比较，筛选出抗寒性强的品种，探讨 其抗寒机制，初步得出以下结论： 1 在人工低温处理条件下，随着处理温度的下降，桂花各个品种的 电导率均呈增大的趋势，不同品种电导率发生突跃时的温度略有差异，用 l o g i s t i c 方程确定了各品种的半致死温度( l t s o ) ，半致死温度较低的是速 生金桂、朱砂丹桂、小叶四季桂。除了低温以外，早春的干旱也是影响其 存活的重要因素。 2 人工低温处理条件下，s o d 呈现出下降上升下降的趋势， 温度高于6 时呈现下降趋势，随后随着温度的降低开始回升，温度降至 2 4 以下后又下降。p o d 基本一直在下降，其中早银桂和朱砂丹桂在半 致死温度附近略有回升，之后急剧下降，其它品种一直呈平缓下降趋势。 经方差分析，s o d 活性较高的是早银桂和球桂，p o d 活性较高的是金球 桂、晚银桂和朱砂丹桂。 3 对人工低温处理下渗透调节物质含量进行分析，脯氨酸和可溶性 蛋白含量一直呈下降趋势，可溶性糖含量起初略有上升，然后开始下降， 桂花对低温胁迫适应性的研究 到达半致死温度附近后含量大增，可能是受到伤害所致。无论从人工低温 还是从自然低温测定结果来看，桂花体内渗透调节物质的积累能力较差， 表现出对低温的不良适应性。 4 人工低温处理条件下，丙二醛含量起初有所降低，后期又有所升 高，但总体变化不明显，自然低温下也呈现出降低趋势。总体来看，无论 从品种间的比较还是从变化趋势上来看，n - - - 醛含量和抗寒性的关系不密 切。 5 自然低温下，从相对含水量上来分析不同品种的适应性，发现保 水能力较强的有晚银桂、球桂、金球桂和小叶四季桂。越冬以后，各个品 种的相对含水量都已经降到4 0 以下，低温造成的生理干旱是导致桂花受 冻死亡的重要原因。 6 从测得的各生理指标与抗寒性的关系来看，桂花的各个生理指标 之间相对比较独立，相关性不强，单一指标与抗寒性关系并不完全一致， 只有把各指标综合起来分析才能对比出品种间抗寒性强弱，隶属函数法和 主成分分析法的分析结果与实际观测有着很好的一致性，是评价桂花抗寒 性较为可靠的方法。运用隶属函数法、主成分分析和聚类分析等方法对 1 2 个桂花品种进行综合分析和评价，得出抗寒性较好的品种是晚银桂、 速生金桂、朱砂丹桂、小叶四季桂、早银桂和球桂，推荐在北方园林中应 用。 关键词：桂花；低温胁迫；生理生化；综合评价 2 山东农业大学硕士学位论文 r e s e a r c ho n a d a p t a b i l i t yu n d e r l o w t e m p e r a t u r es t r e s s i no s m a n t h u s f r a g r a n s a b s t r a c t o s m a n t h u s f r a g r a n si so n eo ft h et r a d i t i o n a lt e nk i n d so ff l o w e r so fc h i n a , i so n eo f t h ei m p o r t a n tl a n d s c a p eg r e e n i n gt r e e ，a n di ti sa l s ot h et r a d i t i o i a a lf l a g r a n tp l a n t , b u ti n t h en o r t ho fc h i n a , d u et ot h el i m i t so fl o w t e m p e h t t u r e ，s o m ed i f f i c u l t i e se x i s ti nt h eo p e n a i rc u l t i v a t i o no fd p a g r a n s ，i nt h ep r e s e n ti tc a nn o tb ew i d e l yu s e d t h e r e f o r e ，t h e r e s e a r c ho nc o l dr e s i s t a n to fd p a g r a n si so ff a rr e a c h i n gi m p o r t a n c ei nt h ei n t r o d u c t i o n a n dc u l t i v a t i o n t h i sr e s e a r c hd i dc o l dr e s i s t a n ta n a l y s i so no f i a g r a n sf o r mt h ep h y s i o l o g i c a lp o i n t , b yt h ew a yo fc o m b i n a t i o no fa r t i f i c a ll o wt e m p e r a t u r ea n dn a t u r a ll o wt e m p e r a t u r e , m e a s u r e ds o m ep h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a li n d e x e sa tl o wt e m p e r a t u r e so ft h ed f r a g r a n s , i n c l u d i n gt h er e l a t i v ec o n d u c t i v i t y , s o d ，p o d ，s o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l es u g a r , p r o l i n e ，m a l o n d i a l d e h y d e ，a n dr e l a t i v e w a t e rc o n t e n t , m a d e c o m p a r i s o n sb e t w e e n d i f f e r e n tc u l t i v a r s , s e l e c t e dc o l dt o l e r a n t c u l t i v a r s 。p r e l i m i n a r i l yd r e wt h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ： i nt h ea r t i f i c i a ll o wt e m p e r a t u r et r e a t m e n t , b yt h ed e c r e a s i n go ft e m p e r a t u r e ，t h e r e l a t i v ec o n d u c t i v i t yo fe a c hd p a g r a n sc u l t i v a rs h o w e dat r e n do fi n c r e a s i n g , o n l yt h e t e m p e r a t u r ew h e nt h ec o n d u c t i v i t ya b r u p tc h a n g ei ss l i g h t l yz l i f f e r e n tc a l c u l a t e dt h e s e m i l e t h a lt e m p e r a t u r e ( l t s o ) o fv a r i e t i e sw i t ht h el o g i s t i ce q u a t i o n ，c u l t i v a r sh a sl o w e r s e m i l e t h a lt e m p e r a t u r ea r ed s u s h e n gj i n g i l i ，d z h u s h ad a n g u i ，d x i a o y es i j i g u i b e s i d e st h el o wt e m p e r a t u r e ，t h ed r o u g h to fe a r l ys p r i n gi sa l s oa l li m p o r t a n tf a c t o r a f f e c t i n gt h es u r v i v a l 1 1 1t h ea r t i f i c i a ll o w t e m p e r a t u r et r e a t m e n t , t h es o d s h o w e dt h et r e n do f “d e c r e a s e - i n c r e a s e d e c r e a s e ”，w h e nt h et e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n - 6 i td e c r e a s e d ，t h e nb e g a nt o r i s ea st h et e m p e r a t u r ed e c r e a s e d ，a f t e rt h et e m p e r a t u r ed r o p p e dt o 一2 4 ，i td e c r e a s e d a g a i n t h ep o d i sd e c l i n i n ga l m o s tf r o mb e g i n n i n gt oe n d , a m o n gt h ec u l t i v a r s , t h ep o d o fd z a oy m g u i a n dd z h u s h ad a n s u i i n c r e a s e ds l i g h t l yn e a rt h es e m i - l e t h a l t e m p e r a t u r e ，a n dt h e ns h a r p l yd e c r e a s e d ，w h i l eo t h e r sd e c r e a s e ds l o w l yf r o mb e g i n n i n gt o e n d b yt h ea n a l y s i so fv a r i a n c e ，s o da c t i v i t yw a sh i g h e ri nt h ed z a oy i n g u i a n dd q i u g u i ，p o da c t i v i t yw a sh i g h e ri nt h ed j i n q i u ，d w a ny m g u i a n dd z h u s h a d a n g u i t h a no t h e r s o nt h ea n a l y s i so fo s m o t i ca d j u s t m e ms u b s t a n c e s ，u n d e rl o wt e m p e r a t u r e ，t h e c o n t e n to fp r o l i n ea n ds o l u b l ep r o t e i nw a sd e c r e a s i n ga l lt h et i m e ，t h es o l u b l es u g a r 3 桂花对低温胁迫适应性的研究 c o n t e n ti n c r e a s e ds l i g h t l ya tf i r s t ，a n dt h e nb e g i nt od e c l i n e ，a n dg r e a t l yi n c r e a s e dn e a rt h e s e m i - l e t h a lt e m p e r a t u r e ，i tm a yb et h er e s u l to fi n j u r y f r o mt h ev i e wo fb o t ha r t i f i c i a ll o w t e m p e r a t u r ea n dl o wt e m p e r a t u r ef r o mt h en a t u r a l ，p o o rt h eo s m o t i ca d j u s t m e n ta b i l i t yo f o f i a g r a n si sp o o r ，s h o w i n gp o o ra d a p t a t i o nt ol o wt e m p e r a t u r e i nt h ea r t i f i c i a ll o wt e m p e r a t u r et r e a t m e n t , d e c r e a s e da tf i r s t ，l a t e ri n c r e a s e d ，b u t o v e r a l ld i dn o tc h a n g es i g n i f i c a n t l y , i nt h en a t u r a ll o w t e m p e r a t u r ei ta l s os h o w e dat r e n d o fd e c r e a s i n g ，e i t h e rs e e nf r o mt h ec o m p a r i s o n sb e t w e e nc u l t i v a r so rf r o mt h ec h a n g e t r e n d ，t h em d ac o n t e n ta n dc o l dt o l e r a n c ea l en o tc l o s e l yr e l a t e d u n d e rn a t u r a ll o wt e m p e r a t u r e ，a n a l y s i st h ea d a p t a b i l i t yo fd i f f e r e n tc u l t i v a r sf r o m ：- t h er e l a t i v ew a t e rc o n t e n t , f o u n dt h a tt h ew a t e r - r e t e n t i o nc a p a c i t ya r es t r o n gi nd w a n y i n g u i ，d q i u g u i ，d j i n q i u a n dd x i a o y es i j i g u i a f t e rw i n t e r , t h er e l a t i v ew a t e r c o n t e n to fa l lc u l t i v a r sh a v ed r o p p e dt ob e l o w4 0 ，p h y s i o l o g i c a ld r o u g h tc a u s e db yl o w t e m p e r a t u r ei sa ni m p o r t a n tc a u s eo fd e a t h a n a l y z ef r o mt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c hp h y s i o l o g i e a li n d e xa n dc o l dr e s i s t a n c e ， t h ep h y s i o l o g i c a li n d e x e so fd f r a g r a n sa r er e l a t i v e l yi n d e p e n d e n t c o r r e l a t i o ni s n o t o b v i o u s ，as i n g l ei n d e xa n dc o l dt o l e r a n c ea r en o tf u l l yc o n s i s t e n t ，o n l ya n a l y z et h ei n d e x t o g e t h e r c a l lw ec o n t r a s tt h ec o l dt o l e r a n c eo fv a r i e t i e s t h er e s u l t so fs u b o r d i n a t e f u n c t i o na n dp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sa r ev e r yc o n s i s t e n tw i t ht h eo b s e r v e dr e s u l t s ， a r er e l i a b l em e t h o d st oe v a l u a t et h ec o l dr e s i s t a n ta b i l l t yo fd f r a g r a n s u s et h em e t h o d o fs u b o r d i n a t ef u n c t i o n 。p r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i sa n dc l u s t e ra n a l y s i s o na c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no f1 2o s m a n t h u s f r a g r a n sc u l t i v a r s ，i n f e r r e dt h ec u l t i v a r sw i t h g o o dc o l dr e s i s t a n ta l ed w a ny m g u i ，d s u s h e n gj i n g u i ，d z h u s h ad a n g u i ，d x i a o y es i j i g u i ，d z a oy m g u i a n dd q i u g u i ，r e c o m m e n d e da p p l i c a t i o ni nt h en o r t h g a r d e n s k e yw o r d s ：o s m a n t h u sf r a g r a n s ；l o wt e m p e r a t u r es t r e s s ；p h y s i o l o g i c a la n d b i o c h e m i c a l ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 4 山东农业大学硕士学位论文 1 引言 1 1 桂花研究现状 桂花( o s m a n t h u s f r a g r a n sl o u t ) 是木犀科木犀属常绿木本植物，是 中国十大传统名花之一( 徐海宾，1 9 9 6 ) ，以其四季常青、花小芳香而深 受人们喜爱。桂花栽培历史悠久，目前在我国南岭以北至秦岭淮河流域以 南的广大地区均有大量栽培，并形成了江苏苏州、浙江杭州、湖北咸宁、 四川成都和广西桂林历史上著名的“五大桂花产区 ，而且一些新的桂花 产区也正日渐发展起来。 1 1 1 桂花的地理分布 据中国植物志( 陆瑞林，1 9 9 2 ) 记载，桂花的自然分布是我国的西南 部。植物分类学家g r e e np s ( 1 9 5 8 ) 在其木犀属专著中，对桂花自然分 布有“在中国的西南地区”的推测，但是其自然分布的准确区域很难确定。 郝日明( 2 0 0 8 ) 通过野外调查后发现，在我国西南部发现的被称为野生桂 花的群体实际上是木犀属的其他种类，而在湖南、福建和浙江等地多处发 现桂花野生群落，因此，将桂花的原产地更正为我国长江以南的亚热带山 地。 1 1 2 桂花的生长习性和繁殖栽培研究 郝日明( 2 0 0 5 ) 等通过对湖南省浏阳市周洛村桂花峡两次实地调查， 观察分析了桂花群落所处的自然地理条件和其群落学特点，在此基础上对 桂花居群的生物学特征，特别是花形态变异进行观察记录。结果显示桂花 峡内的桂花花色以浅黄色和乳黄色为主，偶有橙黄色和雪白色花个体；花 有两性花和雌蕊花柱退化的单性雄花两种类型，居群内桂花个体问的花形 态变异丰富，具有天然更新能力。王彩云( 2 0 0 2 ) 等采用石蜡切片法观察 了厚瓣金桂花芽形态分化过程。研究表明：厚瓣金桂花芽分化从4 月 中旬开始分化苞片原基至8 月底心皮原基形成历时约4 个月，其过程可分 为苞片分化期、花序原基分化期、花蕾原基分化期、顶花花萼分化期、花 瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊分化期7 个时期。其中，苞片分化期和雄蕊 桂花对低温胁迫适应性的研究 分化期历时长，分化较慢，其它时期历时短，分化较快。聚伞花序的中间 顶花先分化，需时长，侧花后分化，需时短，因此各小花几乎同时完成花 芽分化进程。刘海龙( 2 0 0 7 ) 等利用半薄切片观察早银桂和小叶苏 桂桂花花芽分化发育的过程，比较研究表明，小叶苏桂的花序分化较慢， 侧花的雄蕊发育明显滞后于顶花，而早银桂侧花与顶花的雄蕊发育同步， 气温的降低是桂花开花必需条件。 王永清( 1 9 9 5 ) 等研究了通气和添加防腐增氧物质( 硼酸、高锰酸钾 和硫代硫酸铵) 对桂花枝段和叶片插穗水培扦插生根的影响。结果表明， 通气和三种物质适宜浓度的组合可以很好的防止伤口感染和促进生根率。 徐兴友( 1 9 9 6 ) 等以白蜡为砧木，桂花为接穗进行了嫁接，结果表明，嫁 接的成活率可达9 0 ，并且能够提高桂花的抗逆性。宋德凤( 2 0 0 0 ) 研究 了桂花的繁殖方法，主要有压条、嫁接、播种、扦插繁殖及组织培养等， 但以扦插繁殖方法最好。刘惠娜( 2 0 0 2 ) 研究了l a 2 ( s 0 4 ) 3 、i b a 对桂花 插条生根的影响，得出l a 2 ( s 0 4 ) 3 能够明显增加根的长度和重量，i b a 能 够增加根的深度和生根数。 由于桂花种子存在生理后熟现象，一般需要长期贮存，等到第二年种 子才能萌发。袁王俊( 2 0 0 4 ) 等实验发现，将桂花种子进行3 个月层积处 理后，进行离体培养，培养基中加人0 5 m o l lb a ，l m o l l b a + 0 5 n a a 可 以打破种子的休眠，促进萌发。袁王俊( 2 0 0 5 ) 等研究了不同生长调节剂 组合、基本培养基、光照时间、蔗糖浓度对离体胚萌发，以及不同培养基 对萌发幼苗生根的影响。结果表明，诱导胚萌发较理想的培养基为 b 5 + 6 一b a2 0m g l - 1 + n a ao 1m g l 以斗蔗糖3 5 ，光照1 2h d 1 ；生根较 合适的培养基为b 5 + i b a2 0m g l 1 + 蔗糖3 。王文龙( 2 0 0 7 ) 等研究发 现4 月中下旬收种较为适宜，除去外果皮及果肉带壳桂花种子发芽率较 高，g a 3 处理在1 0 , - , 1 0 0 m g l 浓度范围内浓度越高效果越好。 1 1 3 桂花的品种分类研究 南京林业大学刘玉莲( 1 9 9 3 ) 提出了桂花品种分类的五级标准：第一 标准，按开花季节将桂花分为四季桂和秋桂；第二级标准，按花色，分为 金桂，银桂，丹桂；第三级标准，根据花期的早晚分为早花期和晚花期； 第四级标准，根据子房发育程度，分为正常发育和不正常发育；第五级标 6 山东农业大学硕士学位论文 准，按营养器官性状分类，使桂花分类工作简便易行，切实可靠。 臧德奎( 2 0 0 6 ) 等根据开花习性、花序类型、花色：花型、雌蕊发育 状况以及枝条和叶片特征，对木犀属的品种进行分类研究；结果表明，木 犀属共有品种1 7 7 个，属于5 个种( 包括1 个杂交种) ，其中桂花品种1 5 7 个( 四季桂品种群1 8 个、银桂品种群5 7 个、金桂品种群4 5 个、丹桂品 种群3 7 个) 、格树品种1 2 个、齿叶木犀品种3 个、华东木犀品种2 个、 山桂花品种3 个，并订正了一些桂花品种群的学名；从桂花品种的分布和 主要性状的演化趋势上分析，认为四季桂品种群为杂交起源，从植物演化 的观点看，该类植物具有原始性状；在其他3 个品种群中，又以银桂品种 群最原始，金桂出现较晚，丹桂出现最晚，应是最进化的品种群。 分类方法在传统的形态学基础上，不断向纵深方向发展，使分类结果 更趋合理化、科学化。尚富德( 2 0 0 4 ) 等采用改良c t a b 法提取河南1 7 个桂花品种的基因组d n a ，利用r a p d 技术对其进行鉴定和分类研究。 根据扩增结果进行聚类分析，得出反映各品种间亲缘关系的树状图。各个 品种群内的不同品种间的亲缘关系接近，而不同品种群间亲缘关系较远。 r a p d 对基因组的分析结果与传统分类学的结果基本相符。 1 1 4 桂花的应用现状研究 如今，桂花已广泛应用于园林绿化和生产加工等方面。规划在园林中 的应用早在古代就有记载。关传友( 2 0 0 5 ) 研究了桂花自西汉至明清时期 在中国古代园林中的应用历史，并论述了其文化意义。杨承清( 2 0 0 5 ) 通 过分析桂花的生长习性、观赏特性及与配置植物的关系，提出了桂花在园 林中的配置原则。汪小飞( 2 0 0 6 ) 等从桂花配置手法、艺术形式、意境创 造角度探讨了古典园林中桂花的应用，同时对在现代园林中桂花运用的原 则、应用形式也进行了研究。曹受金( 2 0 0 5 ) 等对于桂花的应用提出因地 制宜、层次错落、季相变化、背景烘托、民族传统的配置原则，并就园林 应用上桂花的独立造景，桂花与其他植物的配置，桂花与山石、建筑物的 配置作了分述。 陈仲芳( 2 0 0 4 ) 等利用层次分析法，对湖北省3 0 个桂花品种进行了 综合评价，得出各个品种的分值。从生产3 n - r 利用方面来看，圆叶银桂、 波叶银桂、垂丝、晚香玉j 江南丽人、多芽银桂、厚瓣银桂、潢川金桂、 7 桂花对低温胁迫适应性的研究 镰刀金桂、金光、麸金等为优良品种；从园林绿化方面来看，圆叶银桂、 波叶银桂、垂丝、十字星、潢川金桂、镰刀金桂、墨叶丹桂、红星等为优 良品种。 1 2 植物抗寒生理研究现状 1 2 1 低温对植物伤害的机理 低温对植物的伤害作用可以分为冷害与冻害，冷害是指冰点以上低温 对植物的伤害，温度降低不多，但植物体内的生理机能遭受了一定程度的 障碍；冻害是温度下降到冰点以下，植物体内水分结冰引起的损伤，霜冻 与冰害都属于冻害。一般来说对于低温寒害研究主要集中在零下低温即冻 害的研究。 1 2 1 1 结冰伤害 植物受害的程度取决于降温幅度的大小、持续时间的长短以及结冰与 融冰的快慢。如果霜冻后温度突然回升而解冻太快，植物就容易发生伤害； 如果缓慢结冻和缓慢解冻时，植物则受害较轻。由于温度下降的程度和速 度不同，植物体内结冰的方式不同，受害情况也有所不同，主要分以下两 种。 1 2 1 1 1 细胞间结冰伤害 当环境温度缓慢降低，使植物组织内温度降到冰冻以下时，细胞间隙 的水开始结冰，即所谓的胞间结冰。 细胞间结冰对植物造成如下伤害：使原生质脱水。由于胞间结冰降 低了细胞间隙的水势，使细胞内的水分向胞间移动，随着低温的持续，原 生质会发生严重脱水，造成蛋白质变性和原生质不可逆的凝固变性。机 械损伤。随着低温的持续，胞间的冰晶不断增大，当其体积大于细胞间隙 空间时会对周围的细胞产生抓械性的损伤。融冰伤害。当温度骤然会升 时，冰晶迅速融化，细胞壁迅速吸水恢复原状，而原生质会因为来不及吸 水膨胀，可能被撕裂损伤。 胞间结冰不一定使植物死亡，大多数植株胞间结冰后经缓慢解冻仍能 恢复正常生长。某些抗寒性较强的植物( 如白菜、葱) 有时虽然被冻得像 玻璃一样透明，但在解冻后仍然不死。 r 山东农业大学硕士学位论文 1 2 1 1 2 胞内结冰伤害 当环境温度骤然降低时，不仅细胞间隙结冰，细胞内也会同时结冰。 一般先在原生质内结冰，尔后在液泡内结冰。细胞内冰晶体积小，数量多， 他们的形成对生物膜、细胞器和基质结构造成不可逆的机械伤害。原生质 具有高度精细结构，复杂而又有序的生命活动与这些结构密切相关，原生 一 质结构的破坏必然导致代谢紊乱和细胞死亡。 细胞内结冰一般在自然条件下不常发生，一旦发生植物究很难存活。 1 2 1 2 膜伤害假说 膜是结冰伤害最敏感的部位，许多实验证明，冰冻引起细胞的损伤主 要是膜系统受到伤害。组成膜的脂类分子间非极性程度很高，分子间的内 聚力小，当结冰脱水引起原生质收缩而产生内拉外张的应力时，脂质层会 被拉破，使膜选择透性丧失，这样，一方面造成细胞内的电解质和非电解 质大量外渗( 外渗液中主要是k + 、c a + 、糖类) ；另一方面膜脂相变使得 + 一二部分与膜结合的酶游离而失活，光合磷酸化和氧化磷酸化解偶联，a t p 形成明显下降，引起代谢失调，严重时导致植株死亡。在所有的膜系统的 破坏中，叶绿体膜最先受损伤，从而使放氧受抑制，其次是液泡膜，最后 是原生质膜的损伤。 1 2 1 3 巯基假说 l e v i t t 提出冰冻使植物受害是由于细胞结冰引起蛋白质损伤，当细胞 内原生质遭受冰冻脱水时，随着原生质收缩，蛋白质分子相互靠近，当接 近到一定程度时蛋白质分子中相邻的巯基( - s h ) 氧化形成二硫键( s s ) 。 解冻时蛋白质再度吸水膨胀肤链松散，氢键断裂，二硫键仍保留，使肤链 空间位置发生变化、蛋白质的天然结构破坏，引起细胞伤害和死亡。因此， 组织抗冻性的基础在于阻止蛋白质分子n - 硫键的形成。这一假说已得到 一些实验的支持。研究发现，冻害发生时，植物组织匀浆中s h 含量与植 物的抗冻性直接相关，抗冻性较强的植物具有一定抗s h 氧化能力，可避 免或减少二硫键的形成( 李合生等，2 0 0 2 ) 。 ， 1 2 2 植物根据抗寒性的分类 根据植物的抗寒机理、植物生态和植物群落学理论，可将其划分为五 类。 9 桂花对低温胁迫适应性的研究 完全不抗寒植物：这类植物生物膜的膜脂相变温度在植株细胞液的冰 点温度之上，因此，它不可避免地要产生细胞内结冰。这些植物在遭受寒 害时，难免因为细胞内结冰而死亡。一般来说在1 0 以下就会发生寒害， 例如番茄、黄瓜、玉米、香蕉、菠萝、龟背竹、马蹄莲等起源于热带的各 种喜温植物。 低度抗寒植物：这类植物的膜脂相变温度稍微低于植物细胞液的结冰 温度。这些植物能够增加膜脂的不饱和脂肪酸含量，在不很低的温度下能 避免细胞内结冰。这类植物只能在不低于5 的温度下生存，例如马铃薯、 柑桔、米兰、山茶花、兰花等起源于亚热带的植物。 中等抗寒植物：这类植物具有较低的膜脂相变温度，并能在抗寒锻炼 中积累糖或其他物质。因此，它们的细胞液具有较高浓度，能够避免细胞 内结冰，但抗冰冻脱水的能力g 艮1 j , ，能在5 1 0 条件下生存。例如 茶树、油桐、桅子、夹竹桃等起源于暖温带的植物。 高度抗寒植物：这类植物的膜脂相变温度低。在抗寒锻炼中，除了增 加膜脂的不饱和度及积累糖类物质之外，还能积累膜蛋白质，增加可溶性 蛋白质的亲水性，防止和避免质膜离子泵a t p 酶的失活。它们不仅能避 免细胞内结冰，而且具有相当强的抗冰冻脱水的能力，能够在1 0 2 0 温度下生存。例如：苹果、梨、桃、杏、芍药等起源于温带的植物。 非常抗寒植物：这类植物的膜脂的相变温度极低，膜结构的稳定性很 高。在抗寒锻炼过程中，不仅积累糖、可溶性氨基酸和蛋白质，以及膜蛋 白质和膜磷脂，还能增加酶的还原能力，防止膜脂的过氧化反应，避免膜 的半透性的丧失；同时还能增加质膜的量，使质膜变成弯曲波浪状，以致 具备很高的抗冰冻脱水性能；甚至产生某种阻止冰晶形成的物质，使细胞 液处于冷却状态，几乎完全能够避免质膜离子泵的失活。这类植物能够在 2 0 左右的低温下生存。例如松、柏、云杉等北温带、寒带及高寒山区 的植物种类( 李怀义等，1 9 9 9 ) 1 2 3 植物抗寒性研究方法 1 2 3 1 田间试验研究植物抗寒性 对植物多年田间自然越冬表现的调查和统计，可以直观地判断某植物 在该地区的适应性以及不同植物的抗寒性。调查对象包括落叶量( 贺善安， 山东农业大学硕士学位论文 1 9 8 5 ；郝日明等，2 0 0 2 ) 、外部形态的变化( 郝日明等，1 9 9 9 ) 、组织器官 的受冻程度( 徐天明，2 0 0 3 ) 等，然后按照一定的分级和评分标准对植物 的抗寒性进行比较和分类。这种方法能最直接地反映不同植物在同一条件 下的抗寒性差异，简单可靠，适用于大范围、大群体的评价，但受到地域 和品种数量的限制，只能比较少数几个同一地段品种之间的抗寒力差异， 也不能探讨抗寒机理。 1 2 3 1 1 组织变褐的观察 植物的花、枝条、根等器官受冻害后发生褐变，褐变的程度与所受的 冻害成正相关，因此通过观察不同温度下其组织如花器官( 花瓣，雄蕊、 雌蕊) 、枝条或根( 木质部、皮层、形成层、髓部) 的褐变程度，研究了 解植物抗寒性( 吴志萍，2 0 0 6 ) 。刘威生等( 1 9 9 9 ) 对李属进行了抗寒性 鉴定，研究发现抗寒性极强的品种，致使临界温度较低，即使木质部受冻 变褐，仍能恢复生长，表现出极强的御寒性。 1 2 3 1 2 恢复生长鉴定 恢复生长法是抗寒性鉴定的传统方法。将植物冷冻处理后，在适宜的 栽培条件下统计恢复生长情况，观测植株或器官形成愈伤组织或生根或发 芽的能力、存活率的大小等，判断植物的抗寒性，这种方法适用、可靠、 但花费时间长，也不能正确区分伤害的部位。因其可作为其它方法的对照， 因而在抗寒研究中广泛应用( 牛立新等，1 9 9 1 ) 。 1 2 3 2 形态解剖结构与植物抗寒性 植物抗寒性是一长期适应低温的一种遗传特性，这种特性不仅与其内 部的生理生化活动有关，而且还与其自身组织结构特性( 叶片组织结构、 枝条组织结构、花芽及花器官组织结构) 有关。形态解剖指标的测定主要 通过对叶片角质层细胞数量、角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、 叶片厚度和枝条木质部比等指标的观测，来鉴定树木的抗寒性强弱。 许多研究已证实，植物抗寒性与叶片的解剖结构有密切关系。一般用 栅海比、叶片组织细胞结构紧密度( c t r ) 和叶片组织细胞结构疏松度 ( s r ) 值来表示。l e v i t t ( 1 9 7 2 ) 、p a l t a 和l i e b e r m a n 对马铃薯叶片的形 态和解剖学特征与抗冻性关系的研究结果指出，抗冻性品种通常具有短而 粗的叶脉、较小较厚的叶片、短壮的枝梗和较厚的栅栏薄壁组织。吴林 桂花对低温胁迫适应性的研究 ( 2 0 0 5 ) 等分析认为：越橘叶片组织结构的栅海比与s r 同越橘的抗寒性 有一定的关系。单一组织( 如栅栏组织，气孔大小等) 会随着试材所处生 态条件和生理状态的不同而发生变化，而叶片栅海比和s r 值反映了栅栏 组织、海绵组织和叶片厚度3 者之间的相互关系，栅海比越大、s r 值越 小，抗寒性越强，而且能够保持相对稳定，有可能作为越橘抗寒性的鉴定 指标。简令成( 1 9 8 6 ) 对柑桔1 8 个栽培品种和6 个野生品种的叶片进行 了解剖结构的观测，结果表明：无论是栽培柑桔或野生柑桔，叶片c t r 值与该品种的抗寒性成正相关。束际林( 1 9 9 2 ) 认为；茶树叶片抗寒性鉴 定的主要部位是叶肉组织。叶肉组织发达，分化程度高，栅栏组织的厚度 大，层次多，排列紧密，细胞较小为抗寒性强的结构特征。彭伟秀( 2 0 0 1 ) 通过对8 个杏品种的叶片进行解剖构造的观测，结果发现：品种的抗寒性 与叶片组织结构紧密度( c t r 值) 成正相关，与疏松海绵组织厚度的指 数( s r 值)